作者:德克萨斯A&M大学范达纳·苏雷什和达姆什·帕特尔 3D打印用马氏体钢粉末
插图显示了钢粉末的放大视图
学分:瑞扬·西迪/德克萨斯A&M大学工程学院 几千年来，冶金学家一直在小心翼翼地调整钢的成分，以提高其性能
因此，今天有几种不同的钢；但是有一种叫做马氏体钢的钢比它的同类钢更坚固，生产成本更低
因此，马氏体钢自然适用于航空航天、汽车和国防工业等领域，在这些行业中，需要制造高强度、重量轻的零件而不增加成本
然而，对于这些和其他应用，金属必须被构建成具有最小强度和耐久性损失的复杂结构
德克萨斯A&M大学的研究人员与空军研究实验室的科学家合作，现已开发出一种指导方针，允许将马氏体钢三维打印成几乎任何形状的非常坚固、无缺陷的物体
“强韧钢有着巨大的应用，但最强的钢通常很贵——唯一的例外是马氏体钢，它们相对便宜，每磅不到一美元。”
易卜拉欣·卡拉曼，雪佛龙第一教授，材料科学与工程系主任
“我们已经开发了一个框架，这样就可以将这些硬钢三维打印成任何想要的几何形状，最终的物体实际上是没有缺陷的
" 虽然开发的程序最初是针对马氏体钢的，但德克萨斯A&M大学的研究人员表示，他们已经使指导方针足够通用，这样，同样的三维打印管道也可以用来用其他金属和合金制造复杂的物体
这项研究的发现发表在12月出版的《材料学报》上
钢由铁和少量其他元素组成，包括碳
当钢被加热到极高的温度，然后迅速冷却时，就形成了马氏体钢
突然的冷却不自然地将碳原子限制在铁晶体中，使马氏体钢具有其特有的强度
为了具有不同的应用，马氏体钢，特别是一种被称为低合金马氏体钢的类型，需要根据特定的应用被组装成不同形状和尺寸的物体
这时，添加剂制造，更常见的是三维打印，提供了一个实用的解决方案
使用这种技术，复杂的物品可以一层一层地建造，方法是用锋利的激光束加热并熔化一层金属粉末
这些层中的每一层连接并堆叠在一起，就形成了最终的三维打印对象
然而，使用激光对马氏体钢进行三维打印会在材料中以孔隙的形式引入意想不到的缺陷
卡拉曼说:“气孔是微小的孔洞，会大幅降低最终三维打印物体的强度，即使用于三维打印的原材料非常坚固。”
“为了找到新马氏体钢的实际应用，我们需要回到绘图板，研究哪些激光设置可以防止这些缺陷
" 在他们的实验中，卡拉曼和德克萨斯A& M团队首先选择了一个受焊接启发的现有数学模型，来预测在不同的激光速度和功率设置下，单层马氏体钢粉末将如何熔化
通过将他们在熔化粉末的单一轨迹中观察到的缺陷的类型和数量与模型的预测进行比较，他们能够稍微改变他们现有的框架，从而改进后续的预测
经过几次这样的迭代，他们的框架可以在不需要额外实验的情况下，正确预测一组新的、未经测试的激光设置是否会导致马氏体钢中的缺陷
研究人员表示，这种方法更省时
该研究的主要作者、工程学院的研究生赖扬·西迪说:“测试激光设置的所有可能性来评估哪些可能导致缺陷是非常耗时的，有时甚至是不切实际的。”
“通过结合实验和建模，我们能够开发一种简单、快速、逐步的程序，用于确定哪种设置最适合马氏体钢的三维打印
" Seede还指出，虽然他们的指导方针是为了确保马氏体钢可以在没有变形的情况下印刷，但他们的框架可以用来印刷任何其他金属
他说，这种扩展的应用是因为他们的框架可以适应任何给定金属的单轨实验的观察
卡拉曼说:“虽然我们一开始专注于马氏体钢的三维打印，但后来我们创造了一个更通用的打印管道。”
“此外，我们的指导方针简化了三维印刷金属的工艺，使最终产品没有孔隙，这对于所有类型的金属添加剂制造行业来说都是一项重要的发展，这些行业将从简单的螺钉零件加工成更复杂的零件，如起落架、齿轮箱或涡轮机
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